İnsansız hava aracı (İHA) sürüsünün akıllı yol planlaması

Endüstriyel teknolojik gelişmeler, İnsansız Hava Araçlarının (İHA) hareket ve manevra kabiliyetinin hızla ilerlemesini sağlamıştır. Birden fazla İHA'nın koordine edilmesi, tek bir İHA'ya kıyasla görevin daha hızlı ve verimli yürütülmesini sağlayabilir. Özellikle, İHA'ların eğlence, nakliye, ulaşım, dağıtım gibi sosyal alanlarda; gözetleme, takip ve saldırı gibi askeri alanlarda kullanımı, sürü sistemlerine yönelik araştırmaları arttırmıştır. Bu sistemler, sürü ve ortam büyüklüğüne duyarlı kontrol parametreleri içerir ve hedefe yönelik görevlerde davranış temelli, sanal yapı, lider takibi veya konsensüs gibi fiziksel tanımlara ihtiyaç duyulabilir. Literatürde, sürü üyelerinin koordineli hareketini sağlamak için kullanılan bu tanımlamalara dayanan algoritmalar, kısıtlı alanlarda başarılı sonuçlar sunabilmektedir. Ancak sürü davranışları, belirli bir sıraya bağlı olmayan otomatik olarak gerçekleşen sosyal davranışlar gibidir. Bu nedenle, sağlam sürü topolojilerinde, dinamik ortamlarda bazı üyeler eksik olsa bile kalan üyelerin göreve devam etmesi beklenir. Bu dinamik ortamdaki temel sorun, parametrelerin dış ortama uyacak şekilde esneklik göstermemesidir. Ayrıca, büyük sürülerde tüm üyelerin görevi gerçekleştirmesi gerekmeyebilir ve sürü, kendi üyelerinden oluşan farklı gruplarla ölçeklenebilir olmalıdır. Dolayısıyla, birçok farklı alanda farklı görevler üzerinde çalışacak verimli bir sürü İHA topolojisi oluşturmak için sağlamlık, esneklik ve ölçeklenebilirlik kavramlarını kapsayan bir sürü sistemi oluşturulmalıdır. Bu tez çalışmasında, yukarıda bahsedilen konulardaki eksiklikleri göz önünde bulundurarak sürü İHA sistemlerine sağlamlık, esneklik ve ölçeklenebilirlik kazandıracak Konsensüs-tabanlı Sanal Lider Takibi Algoritmasına (KSLTA) dayanan bir sürü topolojisi geliştirilmiştir. Bu algoritma, sürünün hedef noktaya engellerden kaçınarak varmaya çalışırken, toplanma/yığın, formasyon oluşturma ve uçuş sırasında formasyon kontrolü gibi sürü alt görevlerini başarıyla çözebilmektedir. Ayrıca, yapılan uygulamalarla, sürü hareketi sırasında rasgele bir anda rasgele sayıda sürü üyesinin kaybına rağmen göreve devam edebilecek kadar sağlam, yeni uçuş formasyonları oluşturabilecek kadar ölçeklenebilir ve uçuş sırasında formasyon kontrolü sağlayabilecek kadar esnek bir sürü topolojisi ortaya konmuştur. Önerilen algoritma, anlık (online) yol planlaması yaptığı için geniş alanlarda ve büyük haritaları içeren bölgelerde nispeten verimsiz olabilir. Bu nedenle, sürü İHA uygulamalarındaki enerji ve maliyet problemlerine daha geniş çapta çözüm sağlamak amacıyla KSLTA algoritması, akıllı bir yol planlama algoritması olan GDRRT*-PSO ile geliştirilmiştir. Sonuç olarak, önerilen yöntemlerin, literatürde yapılan önceki çalışmaların önemli bir kısmına üstünlük sağlayabileceği iddia edilebilir. Ayrıca, simülasyon ortamında gerçekleştirilen uygulamalar, gerçek zamanlı sistemlerde çalışabilecek niteliktedir.